13.3 : 호흡과 기체 교환

심혈관계와 호흡기계 사이의 복잡한 상호 작용은 호흡 가스를 몸 전체로 효율적으로 운반하는 데 중요합니다. 가스 교환에서 중추적인 역할을 강조하면서 심혈관계의 다양한 기능을 살펴보겠습니다.

호흡은 폐포와 체세포 사이의 가스 교환, 특히 산소(O_2)와 이산화탄소(CO_2)의 교환을 포함하며, 이는 혈액 순환을 통해 촉진됩니다. 결과적으로, 효율적인 가스 교환을 위해서는 심장과 혈관을 포함하는 심혈관계가 필수적입니다. 심장의 해부학적 구조부터 살펴보겠습니다.

원뿔 모양의 근육 펌프인 심장은 심혈관계의 중심 기관입니다. 여기에는 4개의 빈 방이 있습니다. 상단에 심방 2개, 하단에 심실 2개가 있습니다. 심방(단수: 심방)은 상하대정맥, 좌우 폐정맥인 정맥으로부터 혈액을 받는 입구입니다. 심실은 폐동맥과 대동맥을 포함한 동맥을 통해 산소가 공급된 혈액을 강제로 펌핑하는 배출구입니다. 이 동맥은 산소가 풍부한 혈액을 신체에 공급하고 산소 공급을 위해 산소가 제거된 혈액을 폐로 운반합니다.

각 심실의 입구(삼첨판 및 승모판)와 출구(폐 및 대동맥)에 일방향 밸브가 있는 심장의 독특한 구조는 혈액이 올바른 방향으로 흐르도록 보장하여 역류를 방지하고 시스템의 효율성을 유지합니다.

광범위한 혈관 네트워크는 폐쇄 회로를 형성하여 심장과 체세포 사이의 혈액 수송을 촉진합니다. 동맥과 세동맥은 혈액을 심장에서 모세혈관 쪽으로 운반하는 반면, 세정맥과 정맥은 혈액을 심방으로 되돌려 보냅니다.

가장 작은 혈관인 모세혈관은 혈액과 체세포 사이의 물질 교환에 중요합니다. 폐에서는 산소가 적고 이산화탄소가 많은 탈산소 혈액이 심장의 오른쪽에서 폐로 이동합니다. 여기에서 폐포에서는 흡입된 공기의 O_2가 혈액으로 확산되고, 노폐물인 CO_2는 혈액에서 폐포로 확산되어 호기됩니다. 폐포에는 섬세한 계면활성제 유체 층이 늘어서 있는데, 이 층이 없으면 폐포는 붕괴됩니다. 폐포 세포에서 생성되는 계면활성제는 체액의 표면 장력을 감소시켜 폐포가 붕괴되는 것을 방지하고 가스 교환을 촉진합니다. 산소를 얻고 이산화탄소를 방출한 후 산소가 풍부한 혈액은 심장의 왼쪽으로 돌아옵니다. 이제 이산화탄소 함량이 낮아진 이 산소화된 혈액은 몸 전체를 순환하며 다양한 조직에 산소를 전달합니다.

산소 수송을 이해하려면 혈장과 적혈구(적혈구)의 역할을 인식해야 합니다. 소량의 산소가 혈장에 용해되는 반면, 헤모글로빈의 산소 친화력이 높기 때문에 대부분은 산소헤모글로빈 형태로 적혈구의 헤모글로빈에 결합됩니다. 헤모글로빈은 또한 주로 일산화탄소헤모글로빈 형태로 이산화탄소를 운반합니다.

내부 호흡 중에는 조직 세포와 혈액 사이에서 산소[O_2]와 이산화탄소[CO_2]가 교환됩니다. 혈액 성분의 이상이 있으면 이 과정에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 과도한 출혈을 특징으로 하는 출혈은 심박출량을 감소시키고 산소 전달에 사용할 수 있는 혈액을 감소시킵니다. 이는 신체 조직에 충분한 산소가 공급되지 않는 상태인 조직 저산소증으로 이어질 수 있습니다. 또 다른 질환인 빈혈은 적혈구의 감소를 특징으로 하며, 이로 인해 산소 운반을 위한 헤모글로빈이 부족해지고 조직 산소 공급이 부적절하게 됩니다. 반면, 규칙적인 운동은 심장 근육의 효율성을 향상시키고 조직에 전달되는 산소량을 증가시킵니다. 호흡기 질환이나 높은 고도와 같은 다른 조건도 가스 교환에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 항상성을 유지하는 데 필요한 섬세한 균형을 강조합니다.